熱電廠性能優(yōu)化中熱能動力工程的實踐應用

王東

新疆西部合盛熱電有限公司 新疆石河子 832000

熱能動力工程即熱能和工程間關系下的實體工程。當前，熱能動力工程應用范圍較廣，很多企業(yè)都將熱能發(fā)電機引入到企業(yè)供電設備中。另外，還有一些企業(yè)將水利電動力工程引入其中，與此同時，還應注意和傳統(tǒng)礦物資源相比，水利電動力工程作為相對環(huán)保的一種工程，實際造價相對較高?，F(xiàn)階段，國家主要倡導節(jié)能環(huán)保建設，但水利電動力工程多用在大企業(yè)當中。文章提出的鍋爐，主要包含熱力發(fā)電機、熱能轉(zhuǎn)換動力機械等技術。

1 熱電廠熱能動力系統(tǒng)

熱能動力系統(tǒng)發(fā)電是指利用化石燃料等可燃物燃燒產(chǎn)生熱能，然后經(jīng)過發(fā)電動力裝置轉(zhuǎn)換為電能。從系統(tǒng)能量轉(zhuǎn)化過程來看，最初為生物化學能，之后依次轉(zhuǎn)化為熱能、機械能和電能。在系統(tǒng)運行過程中，受燃燒不充分因素影響，化石能源遭到大量浪費，能量轉(zhuǎn)化程度較低。與此同時，燃燒將產(chǎn)生大量二氧化碳和二氧化硫，如果未經(jīng)有效處理就排放至空氣中，會引發(fā)嚴重環(huán)境污染。

在建設熱能動力系統(tǒng)時，熱電廠需要綜合考量各類技術，參照國家、行業(yè)技術標準，對各種機械設備進行合理選用和組合，完成系統(tǒng)性能綜合分析，在保證系統(tǒng)可靠運行的同時，盡可能提升能量轉(zhuǎn)化率。此外，技術應用方面，要綜合考慮技術水平，在保證系統(tǒng)先進性的同時，為日后維護提供便利，使系統(tǒng)建設帶來可觀經(jīng)濟效益。在系統(tǒng)建設過程中，除了保證設備投資不超預算，還要保證后期產(chǎn)生的損耗費和維修費低于經(jīng)濟效益。近年來，伴隨國家節(jié)能環(huán)保政策推行，熱電廠因能源過度損耗和污染治理承擔的成本逐漸增加。但目前建設的系統(tǒng)大多關注經(jīng)濟效益，缺少對社會效益的足夠考量，最終影響系統(tǒng)運行的經(jīng)濟性。因此，要對系統(tǒng)進行優(yōu)化和節(jié)能改造，提升系統(tǒng)工作質(zhì)量，為熱電廠的可持續(xù)發(fā)展提供保障[1]。

2 熱電廠的熱能動力工程應用現(xiàn)狀分析

2.1 熱能動力工程運行轉(zhuǎn)化分析

熱電廠大多都采用火力發(fā)電形式轉(zhuǎn)換能量，其中能量轉(zhuǎn)換最為關鍵。通過熱電廠運行工作原理分析可知，熱電廠運轉(zhuǎn)過程中，熱能與動能間互相轉(zhuǎn)換，動能基于汽輪機發(fā)電作用轉(zhuǎn)換為電能，其他能量通過汽輪機輸出。在此轉(zhuǎn)換過程中，將會損失部分熱能，所以造成熱電廠運行能耗快速上升，效率卻逐步下降。煤炭是熱電廠的主要能源，經(jīng)過處理會轉(zhuǎn)變?yōu)槊夯遥谄鬏敿夹g向鍋爐中輸送煤灰，在充分燃燒后便會釋放，轉(zhuǎn)化成水蒸氣，再次加熱后，水蒸氣便會進入高壓缸。所以為了提升鍋爐加熱效率，可循環(huán)加熱處理。在此環(huán)節(jié)中，可將水蒸氣輸送于中壓缸，如此便可通過中壓缸蒸汽驅(qū)動汽輪機運轉(zhuǎn)，從而生成電能[2]。

2.2 熱能動力工程選址問題分析

在熱電廠熱能動力工程分析中，還需注重熱電廠選址問題。熱電廠運行負荷性質(zhì)與大小等要素與熱電廠裝機容量密切相關，所以我國熱電廠機組運行規(guī)模明顯小于火力發(fā)電廠主流運行機組容量。熱電廠主要功能即放熱與發(fā)電，所以需適度增加鍋爐運行容量。而在原料與技術水平限制下，熱電廠選址時，應選擇在熱負荷中心位置與城鎮(zhèn)人口密度較大的區(qū)域，以確保熱電廠供熱系統(tǒng)穩(wěn)定運轉(zhuǎn)，同時還需構(gòu)建健全的熱力管網(wǎng)。

2.3 熱能動力工程機組變工分析

在汽輪機正常運行時，功率會持續(xù)性變動，而此過程中，蒸汽運行參數(shù)也會隨鍋爐燃料燃耗變化隨之變化。而且凝氣設備運行工況變化、電網(wǎng)運行頻率變化、汽油機流通部分存在污垢等，都會造成熱電廠熱能動力工程變化。

3 熱電廠性能優(yōu)化中熱能動力工程的實踐應用

3.1 基于工況科學選擇調(diào)配方式

平行運行機組在外界負荷變化與電網(wǎng)頻繁變動時，會根據(jù)自身差異化動態(tài)特性，適度增減負荷以自動運轉(zhuǎn)，進而保持電網(wǎng)周波，此過程便為一次調(diào)頻，其具有頻率調(diào)節(jié)速度快的特性，然而發(fā)電機組因為調(diào)整量不同存在一定差異，且調(diào)整量相對有限，導致調(diào)度人員難以控制。而電力系統(tǒng)負荷與電力變化過大時，一次調(diào)頻根本無法恢復常規(guī)頻率，這就需要二次調(diào)頻。一般二次調(diào)頻分為自動調(diào)頻與手動調(diào)頻，自動調(diào)頻不僅便捷，且使用范圍廣泛。在熱電廠工作過程中，通過充分了解并網(wǎng)運行機組情況，以選擇合適的調(diào)配方式，防止由于調(diào)配方式失誤造成熱能動力工程應用效率下降，進而實現(xiàn)設備運行能力有效提升。與此同時，汽輪機工況與焓降變化之間息息相關，在全開第一閥，工況流量增多的情況下，壓力會增大，相比焓降，需適度調(diào)小調(diào)節(jié)級，反之則調(diào)大調(diào)節(jié)級。在關閉第二閥，第一閥全開的情況下，相比焓降，調(diào)節(jié)級需高達最大中間級，此時工況變化，焓降與中間級壓力比可始終保持不變，還可為調(diào)節(jié)實際工況提供有力參考，基于實際需求所獲的焓降變化，可基于此調(diào)整工況，滿足熱能動力工程在熱電廠性能優(yōu)化中應用的具體需求[3]。

3.2 補水技術應用

在蒸汽機組運行的過程中，要采取抽凝式補水方式不斷提供水資源，保證系統(tǒng)設備正常運轉(zhuǎn)。系統(tǒng)冷凝器用于使汽輪機出口維持真空，提高汽輪機功率。而在冷凝器位置安裝補水霧化裝置，能夠使排汽余熱得到充分利用，在減少冷源損失的同時，提高機組熱能的經(jīng)濟性。對系統(tǒng)進行節(jié)能改造，可以通過化學補水方式提高設備運行效果。具體來講，就是在除氧器或凝結(jié)器中補加化學水，使排氣廢熱得到回收利用，改善凝結(jié)器真空狀態(tài)，節(jié)約能源。該技術需要加強水溫控制。在補水不足時，利用余熱裝置提升水溫，使水快速進入凝結(jié)器。采取噴霧式方式，利用低壓加熱器對補水進行逐級加熱，能夠增強補水效果，使高位能蒸汽量得到有效控制，滿足系統(tǒng)節(jié)能改造要求[4]。

3.3 供熱調(diào)節(jié)

在燃煤過程中，系統(tǒng)供熱時容易出現(xiàn)熱力平衡差，存在流量大、溫差小的問題。為加強蒸汽過熱度控制，人們需要將供熱蒸汽熱量傳送至系統(tǒng)，實現(xiàn)熱度轉(zhuǎn)化。為使供熱系統(tǒng)達到平衡，減少熱量損失，還要對熱力管網(wǎng)進行改造，在完成采暖地溝敷設的同時，在部分區(qū)域新建地溝進行循環(huán)輸泵改造。通過安裝水泵變頻器，加強供熱系統(tǒng)計量，人們能夠?qū)ο到y(tǒng)進行變流量控制，結(jié)合設備負荷曲線對溫度進行設定，促使水溫得到有效控制。采暖供熱方面，設置恒溫閥進行調(diào)節(jié)，使溫度維持穩(wěn)定。應用熱能動力系統(tǒng)供熱，運行溫度變化也將引起能源損耗，要結(jié)合設備實際帶負載情況進行控制閥調(diào)節(jié)，對控制單元輸出信號進行控制。通過動力操作，調(diào)節(jié)介質(zhì)的壓力、流量等，使系統(tǒng)維持可靠運行。結(jié)合火電廠建設經(jīng)驗，通常上半年將進行單閥運行，下半年采用順序閥進行系統(tǒng)運行調(diào)整，使系統(tǒng)保持最佳運行狀態(tài)，提高系統(tǒng)能源利用率。

3.4 視頻監(jiān)控系統(tǒng)優(yōu)化設計

在智慧電廠建設發(fā)展的過程中，應逐漸實現(xiàn)自動化、綜合化、智能化以及集中化管理，視頻監(jiān)控系統(tǒng)的優(yōu)化設計能夠為管理提供有效保障。結(jié)合當前智慧電廠視頻監(jiān)控中普遍存在的問題，需要建構(gòu)一套完善的視頻監(jiān)控系統(tǒng)，以實現(xiàn)對不同監(jiān)控設備情況的及時了解和掌控，也能夠針對具體情況作出快速反應，從而顯著提升電廠的生產(chǎn)效率及質(zhì)量。在優(yōu)化設計時，要盡可能保留原有前端，以降低資金投入，同時基于網(wǎng)絡化需求，合理增加攝像機和后端管理設備，并注重提升視頻監(jiān)控系統(tǒng)的可拓展性，從而針對不同系統(tǒng)有效實現(xiàn)信息互聯(lián)，也有利于后期自由增加監(jiān)控點數(shù)據(jù)及攝像機數(shù)據(jù)，在電廠內(nèi)部有效實現(xiàn)網(wǎng)絡互聯(lián)互通[5]。

3.5 提高汽輪機的給水溫度

在對汽輪機的運行情況進行優(yōu)化改進的過程中，需要對相關的工程熱力學知識進行了解和掌握。在汽輪機的運行過程中為了提升汽輪機的循環(huán)效率，必須提高循環(huán)的初參數(shù)。而汽輪機與鍋爐形成發(fā)電廠的熱力循環(huán)系統(tǒng)，導致給水溫度會對汽輪機的運行效率產(chǎn)生極大影響。為了降低汽輪機在運行過程中的損耗，需要提高汽輪機的給水溫度。因此，要調(diào)整高壓加熱系統(tǒng)，可以采取兩點措施：一是重視對高壓加熱器的維護工作。在高壓加熱器的運行過程中，需要加強對高壓加熱器的維護，特別是在汽輪機正常運行之前，需要重視高壓加熱器的日常檢查工作，確保高壓加熱器能夠穩(wěn)定運行。二是加強對高壓加熱器運行水位的檢查力度。高壓加熱器運行過程中的水位會在很大程度上影響熱力循環(huán)系統(tǒng)的運行效益，因此在高壓加熱器的日常運行過程中，要加強對水位的監(jiān)測工作，防止水位過高或者過低而對電站設備的安全性產(chǎn)生不利影響。

3.6 合理利用機組內(nèi)節(jié)流調(diào)節(jié)性能

節(jié)流調(diào)節(jié)不存在調(diào)節(jié)級，所以在第一級時，便可實現(xiàn)全周進汽，而工況變化，各級溫度便會降低，負荷適應性良好，同時適用于小容量機組與基本負荷大機組，但是經(jīng)濟性較差，節(jié)流損失嚴重。熱電廠日常運轉(zhuǎn)過程中，可利用弗留格爾公式提高熱能動力工程利用率，并基于公式應用要求計算相同流量視域下，各級壓差與比焓降，以明確零件受力狀態(tài)與功率，并監(jiān)控汽輪機流通情況。簡言之，在既知流量下，根據(jù)運行時組前各級壓力公式負荷情況，詳細評估流動部分面積變化狀態(tài)。在引進弗留格爾公式之后，可確保機組內(nèi)節(jié)流調(diào)節(jié)，以此為熱能動力工程在熱電廠性能優(yōu)化中的應用創(chuàng)造良好條件。

3.7 優(yōu)化集控運行外部環(huán)境

（1）需要重視信號干擾問題。因為在監(jiān)控系統(tǒng)運行過程中，信號干擾會在很大程度上對整體運行效率產(chǎn)生影響。如果系統(tǒng)本身并沒有采取有效的電纜屏蔽措施或者在安裝過程中接地不良，很容易導致集控系統(tǒng)在運行時受其他信號的干擾，可能會導致系統(tǒng)發(fā)出錯誤信號，會影響系統(tǒng)的整體運行效果。

（2）空氣調(diào)節(jié)設備安裝不當。通常情況下，在集控運行系統(tǒng)的電子室以及控制室會共用一套空調(diào)體系，但是在電子室安裝空調(diào)只具備溫度調(diào)節(jié)功能，不能對外部環(huán)境進行的濕度進行調(diào)節(jié)。如果空氣的濕度較大，控制室內(nèi)的機組設備很容易出現(xiàn)結(jié)露情況，而空氣比較干燥時很容易發(fā)生靜電問題。上述問題都會對集控系統(tǒng)的運行產(chǎn)生一定影響。因此，在對集控系統(tǒng)的外部環(huán)境條件進行改善的過程中，需要注意對空調(diào)系統(tǒng)進行科學選擇，確?？照{(diào)系統(tǒng)的功能全面。只有加強對集控運行系統(tǒng)外部環(huán)境條件的控制以及管理，防止外部環(huán)境因素導致集控系統(tǒng)出現(xiàn)問題，才能降低集控系統(tǒng)在運行過程中出現(xiàn)故障的可能性，保證集控系統(tǒng)運行安全可靠。

4 熱電廠熱能動力實現(xiàn)長遠發(fā)展的有效措施

4.1 重視重熱現(xiàn)象的應用

重熱現(xiàn)象在熱能高效循環(huán)利用中發(fā)揮著關鍵性作用。目前我國電廠依舊以火力發(fā)電為主，在電力生產(chǎn)時，如何基于熱能動力工程，同時實現(xiàn)電力生產(chǎn)與熱能產(chǎn)生，為生產(chǎn)提供循環(huán)熱能載體，可有效提高電廠發(fā)電效率，節(jié)約能源。重熱現(xiàn)象的應用依賴于技術研發(fā)，也就是在熱電廠能量轉(zhuǎn)換時，如何將多級汽輪機生成的上級熱能損失在后續(xù)汽輪機運行中實現(xiàn)回收利用，以此最大程度上降低上級熱能損耗，將大多數(shù)熱能轉(zhuǎn)換為動能。此外，重熱現(xiàn)象極易導致熱電廠電能失范，降低電能功率穩(wěn)定性，這也需要通過技術研發(fā)與利用切實解決。

4.2 提高熱能動力技術研發(fā)水平

熱電廠熱能動力發(fā)展的重要載體為技術，只有充分掌握核心技術，才可進一步推動熱電廠熱能動力長遠穩(wěn)定發(fā)展。現(xiàn)階段，熱電廠熱能動力技術研究應側(cè)重于電廠鍋爐熱能動力發(fā)展領域，尤其是鍋爐內(nèi)部熱能轉(zhuǎn)化為機械能的相關技術。盡管鍋爐在熱能動力技術后填充燃料的方式轉(zhuǎn)換為自動化技術層面，基于雙角叉限幅控制技術、空燃比里連續(xù)控制技術等促進鍋爐內(nèi)部熱能動力發(fā)展，然而依舊受技術因素限制，這就需在熱電廠熱能動力發(fā)展中就實際生產(chǎn)需求，進行熱能動力發(fā)展技術分析與應用，從而提高電廠熱能動力發(fā)展成效。

5 結(jié)語

總而言之，在現(xiàn)代化工業(yè)發(fā)展中，熱電廠價值不斷突顯，而在熱電廠運轉(zhuǎn)過程中，科學合理利用熱能動力工程，可有效降低能耗，優(yōu)化資源配置，提高工作效率。而且創(chuàng)新既有產(chǎn)出模式，設計可行運行模式，不僅可為熱能動力功能發(fā)展創(chuàng)造價值，還可有效解決一系列疑難雜題，進而為熱電廠帶來良好經(jīng)濟效益與社會效益。